結核分枝桿菌是壹種細長而略彎曲的細菌，呈單個或分枝狀排列，沒有鞭毛和孢子。尺寸(1 ~ 4) μ m× 0.4微米..牛分枝桿菌更粗更短。在舊病竈和培養物中，形態常不典型，可呈顆粒狀、球形、短桿狀、絲狀等。近年來發現結核分枝桿菌在細胞壁外有壹層被膜，對結核分枝桿菌有壹定的保護作用。
結核分枝桿菌的比有氧能力。最適溫度為37℃，最適pH為6.5 ~ 6.8。生長緩慢，接種培養3 ~ 4周後才出現肉眼可見的菌落。該屬最顯著的特點是細胞壁含有大量的脂類，因此生長並形成粗糙的疏水菌落。